【PCB印制電路板】PCBS設(shè)計

1、隨心編輯，值得下載擁有! =1 LOGO beikezhang YOUR COMPANY NAME IS HERE 專業(yè)I專注I精心I卓越 【PCB印制電路板】PCBS 設(shè)計 PCB Stack 設(shè)計 作者:luqilia ng日期:2010-3-2 3:13:0 字體大小：小中大 在高速數(shù)字電路設(shè)計流程中，第一步需要做的就是根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，成本因 素等相關(guān)方面決定印制電路板(PCB)的疊層結(jié)構(gòu)(Stack)，而在PCB stack設(shè)計的 過程中，特征阻抗也是一個重點關(guān)注的問題。 1疊層結(jié)構(gòu)的選擇 電路板的疊層結(jié)構(gòu)分為2層，4層，6層，8層，10層等等。目前常用的用于主 板設(shè)計的主要有4層

2、和6層，至于8層。而對于更為復(fù)雜的系統(tǒng)，像小面積的 Add-in Card，大型通信設(shè)備中的某一模塊，像 SDH， Multi-serve Router ， 這些設(shè)備常用12層甚至是更多層。本文主要的出發(fā)點就是以較為簡單的例子， 介紹PCB疊層設(shè)計中的參數(shù)問題。 1.1 4層電路板 對于4層電路板，這是市場上最常用的一種疊層結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)無外乎下面幾種 方案，如圖1，具體取決于哪種方案最好，主要是見布線層面的選擇，參考平面 的選擇以及EMC/EMI的考慮。這里把signal層放在內(nèi)層有利于屏蔽輻射，便 于EMC的設(shè)計，但不利于系統(tǒng)的 Debug。常用的方案是04A 圖1 1.2 6 層電路板

3、對于 6 層版，疊層結(jié)構(gòu)的選擇性較多，如圖 2。 圖2 最常用的疊層結(jié)構(gòu)主要是 06A , 06G , 06K。06A有四層布線層，便于布線。06G 有倆個GND，這樣的話Top和Bottom 層參考平面都是GND，是一種很好的 選擇。對于06K，這樣做，主要是3個信號層布線有點緊張，讓第四層作為備 用的信號層， 最后不用的地方都鋪上銅箔， 即確切的說， 該種疊層結(jié)構(gòu)的 layer4 是 signal/GND 。對于其他的疊層結(jié)構(gòu)，像 10 層， 18 層，這里不多介紹，下圖 以便參考 。 2 特征阻抗的計算 設(shè)計完疊層結(jié)構(gòu)， 具體的就要設(shè)計各個疊層的厚度了， 這里主要的切入點就是特 征阻抗，

4、電源平面和地平面的目標(biāo)阻抗了。 對特征阻抗的理解能夠類似于軟水管， 特征阻抗類似軟水管對水流的阻力， 電流 類似于水流，走線和參考平面的距離類似于軟水管和地平面的距離可想象 為體當(dāng)下壓強方面。 2.1 影響特征阻抗因素 影響特征阻抗的因素很多，主要體當(dāng)下下面幾個方面： 介電質(zhì)常數(shù) ,和阻抗值成反比 Er 值愈高 , Z0 值愈低 線路層和接地層間介電層厚度 ,和阻抗值成正比 ,參考基板及 PP 之壓合厚 度， 介層愈厚 , Z0 值愈高，介電層厚度類比于軟水管離地平面的高度，介電 層厚度越大，表示離地平面越高， 從而導(dǎo)致水流變緩， 好比軟水管對水的阻力變 大，從而特征阻抗變大。 線寬,和阻抗成

5、反比 線寬愈細 , Z0 值愈高，線寬越細，表示軟水管截面 積變小，對水流的阻力變大，從而水利變小，特征阻抗變大。 銅厚,和阻抗值成反比 銅愈厚 , Z0 值愈低，銅厚變小，表示軟水管截面 積變小，對水流的阻力變大，從而水利變小，特征阻抗變大。 = 一般來說，內(nèi)層為基板銅厚 ,廠內(nèi) 1OZ=1.2 mil1.4mil, 外層為基板銅箔厚度 + 鍍銅厚度 差動阻抗相鄰線路和線路之間的間距 ,和阻抗值成正比 Spacing 愈小 , Z0 值愈低 ，這個很好理解，間距變小，表示耦合越好，從而軟水管對水流的阻 力越小，特征阻抗變小。 線路層和線路層間介電層厚度 ,和阻抗值成反比。 防焊漆厚度，和阻抗

6、值成反比綠漆愈厚，Z0值愈低,綠漆能夠類比于堤壩 對水流的保護作用，綠漆越厚，堤壩越厚，表示對水流的保護作用越好，水流都 不會丟失，從而水流越大，對水流的阻礙越小，特征阻抗越低。 2.2 Microstrip單端阻抗模型 下圖是表示微帶線(Microstrip)的單端阻抗計算方法： Surface Microstrip 適用范圍： 外層防焊前阻抗計算 參數(shù) 說明 H 外層到VCC/GND間介電質(zhì)厚度 W2 阻抗線上緣線寬 W1 阻抗線下緣線寬 T1 阻抗線銅厚=基板銅厚+電鍍銅厚 Coated Microstrip 適用范圍： 外層防焊后阻抗計算 參數(shù) 說明 H1 外層到相鄰VCC/GND間介

7、電質(zhì)厚度 C1/C2 覆蓋線路綠漆厚度 W2 阻抗線上緣線寬 W1 阻抗線下緣線寬 T1 阻抗線銅厚=基板銅厚+電鍍銅厚 2.3 Microstrip差分阻抗模型 下圖表示微帶線的差分阻抗計算方法：（帶狀線計算方法后面章節(jié)會介紹） Edge-coupled Surface Microstrip 適用范圍： 外層防焊前差動阻抗計算 參數(shù) 說明 H1 外層到VCC/GND介電質(zhì)厚度 W2 阻抗線上緣線寬 W1 阻抗線下緣線寬 S1 相鄰倆根阻抗線間距 T1 線銅厚=基板銅厚+電鍍銅厚 Edge-coupled Coated Microstrip 適用范圍： 外層防焊后差動阻抗計算 參數(shù) 說明 H1

8、 外層到相鄰Vcc/GND介質(zhì)厚度 C1/C2 覆蓋線路綠漆厚度 W2 阻抗線上緣線寬 W1 阻抗線下緣線寬 S1 相鄰倆根阻抗線間距 T1 線銅厚=基板銅厚+電鍍銅厚 說明: 關(guān)于銅厚T :內(nèi)層，1 oz=1.2mil1.4mil 左右，需要向PCB版廠確認， 一般取為1.4mil。外層，厚度應(yīng)該為基銅的厚度+鍍層厚度 關(guān)于線寬：內(nèi)層0.5oz上幅=下幅-0.5mil , 1oz / 經(jīng)電鍍上幅=下幅- 0.8mil。外層，上幅=下幅*(85-90%) 防焊層厚度：一般最小是0.4mil。單端阻抗：防焊前后約差7 ohms,標(biāo)示 下限+4mil上限+2mil。對于差動阻抗：防焊前后約差 14

9、 ohms,標(biāo)示下限 +10mil 上限 +4mil 一般的PP型號和厚度是（僅供參考）：型號-resin to glass ratio-厚度 1080: 62% 2.5MIL 65% 2.7MIL 68% 3.0MIL 2116: 50% 4.1MIL 54% 4.6MIL 58% 5.0MIL 7628: 43% 7.1MIL 47% 7.5MIL 50% 7.9MIL 1056: 48% 6.0MIL 對于 Pre-Preg 推薦使用 2116 ，Core 推薦使用 7628 ，這是根據(jù) lql-008（ 個人 編號）關(guān)于 Stackup 描述而來的，讀者可參閱該篇文檔關(guān)于 PCB 的細

10、節(jié)。 2.4 Strip 單端阻抗模型 這個模型可參閱圖 12 。 2.5 Strip 差分阻抗模型 這個模型可參閱圖 13 3阻抗計算實例說明 傳輸線阻抗是從電報方程推導(dǎo)出來 （具體能夠查詢微波理論 ），當(dāng)電壓電流在傳輸 線傳播的時候 ,如果特性阻抗不一致所求出的電報方程的解不一致 ,就造成所謂的 反射現(xiàn)象等等 .在信號完整性領(lǐng)域里 ,比如反射 ,串?dāng)_,電源平面切割等問題都能夠 歸類為阻抗不連續(xù)問題 ,因此匹配的重要性在此展現(xiàn)出來。本節(jié)的內(nèi)容能夠參閱 資料 reference-0002- 阻抗計算說明 .pdf 圖5 由圖 5 可知，這是一個 8 層電路板的疊層結(jié)構(gòu)，這就能夠理解了， PP

11、表示 Prepreg PP是種介質(zhì)材料，由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂組成，core其實也是PP類型 介質(zhì)，只不過他倆面都覆有銅箔，而PP則沒有。 那么每一層的銅箔厚度是怎么表示的呢？銅箔重量一般以 Oz 來表示。 重量的單 位10z（盎司）=28.3 g（克）。在疊層里面是這么定義的，在一平方英尺的面積上鋪 一盎司的銅的厚度為10z，它和Mil對應(yīng)的關(guān)系是： 圖6 為了更好說明特征阻抗計算方法，在此假設(shè)板厚為 1.6mm, 也就是 64mil 左右 , 單端阻抗要求 55Ohm, 差分阻抗要求 100Ohm, 我們假設(shè)以如下的疊層來走線。 采用 Polar Si8000 計算 Top 和 Bottom 層微帶線的單端阻抗為： 圖7 對應(yīng)的，差分阻抗的計算如圖 8： 圖8 為了驗證覆綠漆和不覆綠漆的區(qū)別， 參照下圖和圖 7 的區(qū)別，能夠見出， 在這里 不覆綠漆時特征阻抗比覆綠漆時增加了大約 3.5Ohm 。 圖9 這也驗證了綠漆越厚，特征阻抗越小的說法 （不覆蓋能夠表示為厚度為 0） 。 這里在舉一個 6 層板的例子， 更好的說明帶狀線特征阻抗計算的方法。 在此假設(shè) 板厚為 1.5mm, 也就是 60mil 左右 , 單端阻抗要求 5